茂县三龙乡刁花沟泥石流动力学模拟与防治对策研究

茂县三龙乡刁花沟泥石流动力学模拟与防治对策研究

论文摘要

刁花沟位于四川省茂县西南部,属三龙河支流。刁花沟内松散固体物源较丰富,堆积体较松散。据记载曾发生过两次泥石流,泥石流暴发时具有较大的危害性,严重威胁纳呼村28户108人及三龙河下游两处水电站及一处养猪场的安全。本文以茂县刁花沟泥石流为研究对象,通过大量的现场调查与地质勘测,详细分析了刁花沟泥石流的形成条件和发育特征,并在此基础上通过Flo-2D数值模拟对刁花沟泥石流危险性进行研究,并将模拟结果与野外调查的实际结果进行对比。通过对比研究,将比较可靠的结果运用于泥石流危害性评价与泥石流治理灾害防治设计。主要研究成果如下:(1)根据对研究区的现场调查及查阅相关的文献资料,首先从刁花沟泥石流的形成发育环境入手,分析了刁花沟泥石流所处的自然地理环境及地质环境条件,然后综合分析了泥石流形成的起动条件及发育特征,为研究泥石流的动力特征提供了支撑。(2)从研究区泥石流发展过程、特点分析,得出刁花沟内松散固体物源较丰富,堆积体较松散;泥石流暴发时具有能量大、冲击力强、侵蚀能力强的特点,泥石流在运移过程中存在极短暂的“堵-溃效应”,该类“堵-溃效益”主要发生于流通区。(3)刁花沟泥石流属暴雨沟谷型泥石流,从发生频率看属低频泥石流,发展阶段属发展期。通过野外调查、试验和计算,刁花沟主沟泥石流重度均小于1.60g·m-3,表现为从上游到下游重度降低的规律;泥石流流速、流量受地形坡度的影响较大,一次泥石流总量约为9.64×104m3,一次固体物质冲出量约为2.97×104m3,属50年一遇的中型泥石流。(4)通过Flo-2D数值模拟的手段对刁花沟泥石流在2%、5%、10%三种暴雨频率下的泥石流泥深、流速及运动状态进行数值模拟,并通过ArcGIS对模拟结果进行分析计算,得到泥石流运动模拟的结果。(5)通过准确度评估因子及相对误差百分比对模拟的结果进行精度进行验证发现:模拟精度在70%以上,该模拟结果具有较高的可信度。(6)最后结合模拟结果和现场调查实际情况,在摸清研究区泥石流的形成机制及发育特征之后,在综合分析其起动条件和危害对象的特征的基础上,对刁花沟泥石流的防治进行探讨,并提出了拦排结合的治理工程措施。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 1 引言
  •   1.1 选题依据及研究意义
  •   1.2 研究现状
  •     1.2.1 泥石流运动机理研究现状
  •     1.2.2 泥石流数值模拟研究现状
  •     1.2.3 泥石流调查研究现状
  •     1.2.4 泥石流危险性分区研究现状
  •     1.2.5 泥石流防治研究现状
  •   1.3 研究内容及技术路线
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  • 2 研究区自然地理及地质环境条件
  •   2.1 自然地理概况
  •     2.1.1 地理位置
  •     2.1.2 气象水文
  •   2.2 泥石流发育的环境条件
  •     2.2.1 地形地貌
  •     2.2.2 地层岩性
  •     2.2.3 地质构造
  •     2.2.4 新构造运动及地震
  •     2.2.5 水文地质
  • 3 刁花沟泥石流形成条件与发育特征
  •   3.1 刁花沟泥石流形成条件分析
  •     3.1.1 刁花沟泥石流地形条件
  •     3.1.2 刁花沟泥石流物源条件
  •     3.1.3 刁花沟泥石流水源条件
  •   3.2 刁花沟泥石流运动特征及动力特征
  •     3.2.1 泥石流流体重度
  •     3.2.2 泥石流流速
  •     3.2.3 泥石流流量
  •     3.2.4 一次泥石流过流总量
  •     3.2.5 一次泥石流固体冲出物
  •     3.2.6 泥石流整体冲压力
  •     3.2.7 泥石流爬高和最大冲起高度
  • 4 基于Flo-2D的泥石流数值模拟研究
  •   4.1 泥石流Flo-2D模拟模型及应用
  •     4.1.1 模拟的基本理论概括
  •     4.1.2 Flo-2D模拟的基本应用
  •   4.2 刁花沟泥石流参数选取
  •     4.2.1 DTM及网格划分
  •     4.2.2 降雨强度
  •     4.2.3 泥石流起动点
  •     4.2.4 清水流量过程线
  •     4.2.5 重度及体积浓度
  •     4.2.6 流变参数(η、τy)的计算
  •     4.2.7 层流阻滞系数
  •     4.2.8 曼宁系数
  •   4.3 刁花沟泥石流运动过程数值模拟
  •     4.3.1 100年一遇泥石流运动状态模拟结果
  •     4.3.2 不同频率下最大泥深模拟结果
  •     4.3.3 不同频率下最大流速模拟结果
  •     4.3.4 不同频率下泥石流危险性评价
  •     4.3.5 模拟结果的精度评价
  • 5 刁花沟泥石流防治对策研究
  •   5.1 泥石流防治的原则
  •   5.2 泥石流防治的目标及思路
  •   5.3 设计标准、工况和参数的确定
  •     5.3.1 防治工程安全等级和设计标准的确定
  •     5.3.2 拦挡工程设计工况及荷载组合的确定
  •     5.3.3 设计参数的确定
  •   5.4 防治工程方案建议
  •   5.5 生物治理方案
  •   5.6 泥石流监测预警措施
  • 6 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间取得的研究成果
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 付琪智

    导师: 陈廷芳,田玉中

    关键词: 刁花沟泥石流,数值模拟,防治对策,茂县三龙乡

    来源: 西南科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备

    单位: 西南科技大学

    分类号: P642.23

    总页数: 97

    文件大小: 5147K

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